CN110318050A - 一种铝基/阳极氧化膜复合涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

一种铝基/阳极氧化膜复合涂层及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属表面处理技术领域，公开了一种铝基/阳极氧化膜复合涂层及其制备方法和应用。该方法采用压缩空气喷砂设备对金属表面进行喷砂处理并超声清洗，采用冷喷涂法在经过喷砂处理后的金属表面上制得铝基涂层；将铝基涂层放置在电解质溶液中，设置阳极氧化参数，经过阳极氧化制得铝基/阳极氧化膜的复合涂层。该涂层的物理特性稳定，对比冷喷涂铝涂层，表现出更强的耐蚀性，可应用于金属防腐领域中。

Description

一种铝基/阳极氧化膜复合涂层及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，特别涉及一种铝基/阳极氧化膜复合涂层及其制备方法和应用。
背景技术
冷喷涂Al涂层是一种良好的防护材料，能有效隔离腐蚀性介质，阻碍其与基体接触进而防止腐蚀。Al涂层可以生成稳定而致密的氧化膜，阻碍腐蚀介质与基体直接接触，同时，Al涂层也能够充当活性阳极发挥阴极保护作用，保护基体免遭腐蚀。Al涂层因其优异的性能被广泛使用。但铝及铝合金涂层存在多种腐蚀形态，其中点蚀问题尤为严重。其在大气、淡水、海水以及中性水溶液中都会发生点腐蚀，严重的点蚀可导致穿孔。
铝及铝合金等铝基材料由于低密度、低热膨胀系数、高比强度、易加工成型的优点，应用领域广泛。铝基材料性质活泼，在大气中极易被氧化形成一层1～3nm厚的无孔非晶态致密自然氧化膜，但在复杂海洋环境条件下因其很薄、易破损而导致铝基材料被腐蚀。因此，铝基材料的表面处理技术显得尤为重要。目前铝基材料的表面处理技术有阳极氧化、电镀、化学微弧氧化、激光熔覆等。
已有报道，经过阳极氧化技术处理的多孔氧化铝膜具有良好的力学性能、耐蚀性及耐摩擦性，能同时满足装饰性好、附着性好、功能性好等多种需求，是目前研究和开发较为深入与全面的表面处理技术。
受冷喷涂铝涂层及铝基材料阳极氧化处理的启发，本发明在冷喷涂铝涂层上制备阳极氧化膜，进一步提高了铝涂层的耐点蚀性能，为金属表面防护提供更有效的手段。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种铝基/阳极氧化膜复合涂层的制备方法；该方法利用阳极氧化工艺，进一步增强冷喷涂铝涂层的耐蚀性能，使得涂层性能更优异，为金属制品提供更好的防护。
本发明的又一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的铝基/阳极氧化膜复合涂层；该涂层具有更致密的结构和更优异的耐蚀性能，可以为一些耐蚀性差的金属提供长效防腐保护作用。
本发明的再一目的在于提供一种上述铝基/阳极氧化膜复合涂层的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种铝基/阳极氧化膜复合涂层的制备方法，包括以下具体步骤：
S1、对基体依次进行喷砂、超声清洗、干燥处理；
S2、以铝粉和氧化铝粉末为原料，采用机械混合的方法制得铝基复合涂层的冷喷涂喂料；
S3、将S1处理后的基体固定在喷涂夹具上，将S2所得冷喷涂喂料装入冷喷涂供粉器中，设定冷喷涂工艺参数后，采用冷喷涂工艺在基体表面沉积制得铝基体涂层；
S4、对铝基体涂层依次进行进行打磨，抛光处理，接着将抛光后的铝基体涂层放置在电解质溶液中，设置阳极氧化的参数，经过阳极氧化处理后制得铝基/阳极氧化膜复合涂层。
所述步骤S1中喷砂以压缩空气为驱动力，喷砂的压力为0.4～0.6MPa。
步骤S1中所述喷砂的角度为70～90°，喷砂后表面粗糙等级达到5-10Ra。
步骤S2中所述铝粉和氧化铝粉末为球形或类球形的粉末，铝粉的粒径为10～40μm，氧化铝粉末的粒径为25～30μm；所述铝粉和氧化铝粉末的质量比为4:1。
步骤S3中所述冷喷涂工艺用的气体为压缩空气、氮气或氩气。
步骤S4中所述打磨使用的砂纸为200～800目，所述电解质溶液为0.3mol/L的硫酸溶液。
步骤S4中所述阳极氧化参数为控制电压为20V，氧化电流密度为0.01A/cm2，控制温度在20℃以下；所述阳极氧化处理的时间为30min。
一种由上述的制备方法制得的铝基/阳极氧化膜的复合涂层。
上述的铝基/阳极氧化膜的复合涂层在金属防腐领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明在镁合金上采用冷喷涂与阳极氧化相结合的方法，能够进一步对冷喷涂铝基涂层进行阳极氧化处理，得到铝基/阳极氧化膜的复合涂层，弥补了铝基涂层自身易产生点蚀的特点，进而提高了涂层的耐蚀性能。
(2)本发明通过冷喷涂法与阳极氧化法两相结合的方式制备涂层，在阳极氧化前先采用冷喷涂技术在镁合金表面制备一层铝基涂层；冷喷涂工艺操作简单、可靠性高，产生的粉尘通过后端过滤设备收纳后可再利用，对环境无污染、对操作人员无损害；阳极氧化工艺操作简单，所以设备简易，易于进行，可操作做性高。
(3)本发明所制备的“冷喷涂层+阳极氧化膜”复合涂层其涂层的物理特性稳定，冷喷涂层与基材结合强度高且厚度可控，具有优异的耐蚀性能，安全性能可靠。
(4)本发明制备的铝基/阳极氧化膜的复合涂层致密性良好，对金属表面起到更好的保护作用。
附图说明
图1为实施例1和对比例1中Al-20％Al2O3涂层阳极氧化前后极化曲线。
图2为实施例1中Al-20％Al2O3涂层阳极氧化后浸泡168h阻抗谱。
图3为对比例1中Al-20％Al2O3涂层浸泡168h阻抗谱。
图4为实施例1中Al-20％Al2O3涂层阳极氧化后的微观形貌图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1：
以0.3mol/L的硫酸为电解质溶液，制备铝基/阳极氧化膜的复合涂层，具体步骤为：
1.冷喷涂喂料制备：将粒径为10～40μm的球形纯铝粉与粒径为25～30μm的球形氧化铝粉按4:1的质量比机械混合制得冷喷涂喂料。
2.基体表面粗糙化：采用YT-9060喷砂机对镁合金表面进行喷砂处理，喷砂参数为：工作气压0.5Mpa，喷砂角度为90°，喷砂处理后表面粗糙度为5～10Ra。
3.表面清洁：将处理后的基体放入酒精中超声清洗20min去除油污及杂质，烘干待用。
4.将步骤3处理后的基材固定在喷涂夹具上，再将步骤1获得的冷喷涂喂料装入冷喷涂送粉器中，设定冷喷涂工艺参数后，采用冷喷涂工艺在基体表面沉积铝基体涂层。冷喷涂以压缩空气为动力源，喷涂压力为0.6Mpa、气体预热温度为600℃，送粉速率为250mm/s，送粉距离为10mm，制得Al-20％Al2O涂层。
5.采用常规配置溶液的方法配置0.3mol/L的硫酸溶液为电解液，将配置的电解液装入烧杯，置于DFY-5/10℃低温恒温反应浴装置中，设置水浴温度为15℃。
6.利用RD-15010数字直流稳压电源装置，以抛光处理后的铝基体涂层试样为阳极，以石墨电极为阴极，设置阳极氧化电压为20V，电流波动范围0.01A/cm2～0.3A/cm2，进行阳极氧化30min，制得阳极氧化膜，最终得到铝基/阳极氧化膜的复合涂层。
对本实施例的样品进行全浸泡实验，在CHI660D电化学工作站测试极化曲线如图1中虚线部分所示，结果表明阳极氧化之后涂层的自腐蚀电流密度较未氧化处理低，说明阳极氧化后铝基/阳极氧化膜的复合涂层的耐腐蚀性能提高。为了进一步验证这一结论，还进行了阻抗谱测试，测试结果如图2所示；图4为本实例中Al-20％Al2O3涂层阳极氧化后的微观形貌图，从图中可以看出，阳极氧化并未对涂层造成破坏，涂层的表面形貌良好。
对比例1：
Al-20％Al2O3涂层的制备，具体实施步骤如下：
1.冷喷涂喂料制备：将粒径为10～40μm的球形纯铝粉与粒径为25～30μm的球形氧化铝粉按4:1的质量比机械混合制得冷喷涂材料。
2.基体表面粗糙化：采用YT-9060喷砂机对镁合金表面进行喷砂处理，喷砂参数为：工作气压0.5Mpa，喷砂角度为90°，喷砂处理后表面粗糙度为5～10Ra。
3.表面清洁：将处理后的基体放入酒精中超声清洗20min去除油污及杂质，烘干待用。
4.将步骤3处理后的基材固定在喷涂夹具上，再将步骤1获得的冷喷涂喂料装入冷喷涂送粉器中，设定冷喷涂工艺参数后，采用冷喷涂工艺在基体表面沉积铝基体涂层。冷喷涂以压缩空气为动力源，喷涂压力为0.6Mpa、气体预热温度为600℃，送粉速率为250mm/s，送粉距离为10mm，制得Al-20％Al2O涂层。
对本对比例的样品进行全浸泡实验，在CHI660D电化学工作站测试极化曲线如图1中实线部分所示，结果表明未阳极氧化处理涂层的自腐蚀电流密度较阳极氧化处理高，说明其耐腐蚀性没有经过阳极氧化处理后的涂层强。此外，还进行了阻抗谱测试，测试结果如图3所示。
实施例2：
与实施例1不同之处在于步骤6中设置阳极氧化电压为25V，电流波动范围0.01A/cm2～0.3A/cm2，进行阳极氧化30min，制得阳极氧化膜，最终得到铝基/阳极氧化膜的复合涂层。
实施例3
与实施例1不同之处在于步骤5中阳极氧化所用的电解质溶液为1mol/L的硫酸溶液，步骤6中设置阳极氧化电压为20V，电流波动范围0.01A/cm2～0.3A/cm2，进行阳极氧化60min，制得阳极氧化膜，最终得到铝基/阳极氧化膜的复合涂层。
实施例4
与实施例1不同之处在于步骤5中阳极氧化所用的电解质溶液为1mol/L的硫酸溶液，步骤6中设置阳极氧化电压为25V，电流波动范围0.01A/cm2～0.3A/cm2，进行阳极氧化60min，制得阳极氧化膜，最终得到铝基/阳极氧化膜的复合涂层。
上述实施例中冷喷涂采用镁合金作为基体材料，阳极氧化采用0.3mol/L的硫酸作为电解质溶液，作为本发明较佳的实施方式，在具体实施例中亦可采取其它金属作为基体材料，采用草酸、磷酸等作为电解质溶液，本人声明本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铝基/阳极氧化膜复合涂层的制备方法，其特征在于包括以下具体步骤：
S1、对基体依次进行喷砂、超声清洗、干燥处理；
S2、以铝粉和氧化铝粉末为原料，采用机械混合的方法制得铝基复合涂层的冷喷涂喂料；
S3、将S1处理后的基体固定在喷涂夹具上，将S2所得冷喷涂喂料装入冷喷涂供粉器中，设定冷喷涂工艺参数后，采用冷喷涂工艺在基体表面沉积制得铝基体涂层；
S4、对铝基体涂层依次进行进行打磨，抛光处理，接着将抛光后的铝基体涂层放置在电解质溶液中，设置阳极氧化的参数，经过阳极氧化处理后制得铝基/阳极氧化膜复合涂层。
2.根据权利要求1所述的一种铝基/阳极氧化膜复合涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中喷砂以压缩空气为驱动力，喷砂的压力为0.4～0.6MPa。
3.根据权利要求1所述的一种铝基/阳极氧化膜复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述喷砂的角度为70～90°，喷砂后表面粗糙等级达到5-10Ra。
4.根据权利要求1所述的一种铝基/阳极氧化膜复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述铝粉和氧化铝粉末为球形或类球形的粉末，铝粉的粒径为10～40μm，氧化铝粉末的粒径为25～30μm；所述铝粉和氧化铝粉末的质量比为4:1。
5.根据权利要求1所述的一种铝基/阳极氧化膜复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤S3中所述冷喷涂工艺用的气体为压缩空气、氮气或氩气。
6.根据权利要求1所述的一种铝基/阳极氧化膜复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤S4中所述打磨使用的砂纸为200～800目，所述电解质溶液为0.3mol/L的硫酸溶液。
7.根据权利要求1所述的一种铝基/阳极氧化膜复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤S4中所述阳极氧化参数为控制电压为20V，氧化电流密度为0.01A/cm2，控制温度在20℃以下；所述阳极氧化处理的时间为30min。
8.一种由权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的铝基/阳极氧化膜的复合涂层。
9.根据权利要求8所述的铝基/阳极氧化膜的复合涂层在金属防腐领域中的应用。
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